كيف يمكن للتكنولوجيا أن تسمح لنا برؤية الذكريات والتلاعب بها

ساعد علم البصريات الوراثي والتصوير المتقدم علماء الأعصاب على فهم كيفية تشكل الذكريات وجعل من الممكن التلاعب بها.



25 أغسطس 2021

هناك 86 مليار خلية عصبية في دماغ الإنسان ، لكل منها آلاف الوصلات ، مما يؤدي إلى ظهور مئات التريليونات من نقاط الاشتباك العصبي. نقاط الاشتباك العصبي - نقاط الاتصال بين الخلايا العصبية - تخزن الذكريات. إن العدد الهائل من الخلايا العصبية والمشابك في أدمغتنا يجعل العثور على الموقع الدقيق لذاكرة معينة تحديًا علميًا هائلاً.





قد يساعدنا اكتشاف كيف تتشكل الذكريات في النهاية على معرفة المزيد عن أنفسنا والحفاظ على حدتنا العقلية سليمة. تساعد الذاكرة في تشكيل هويتنا ، وقد يشير ضعف الذاكرة إلى اضطراب في الدماغ. مرض الزهايمر يسلب الذكريات عن طريق تدمير نقاط الاشتباك العصبي. الإدمان يختطف مراكز التعلم والذاكرة في الدماغ ؛ وترتبط بعض حالات الصحة العقلية ، مثل الاكتئاب ، بضعف الذاكرة.

نتائج السلالة الحمض النووي 2016

قضية العقل

كانت هذه القصة جزءًا من إصدارنا لشهر سبتمبر 2021

  • انظر إلى بقية القضية
  • يشترك

من نواحٍ عديدة ، كشف علم الأعصاب عن طبيعة الذكريات ، لكنه أيضًا قلب فكرة ماهية الذكريات. تتحدث الأسئلة الخمسة أدناه عن مقدار ما تعلمناه وما هي الألغاز المتبقية.



هل يمكننا رؤية الذكريات في الدماغ؟

لاحظ علماء الأعصاب الخطوط العريضة الأساسية للذكريات في الدماغ لعقود. ومع ذلك ، لم يتمكنوا من رؤية التمثيل المادي الدائم للذاكرة إلا مؤخرًا ، وهو ما يسمى ذاكرة engram. يتم تخزين إنجرام داخل شبكة من الخلايا العصبية المتصلة ، والخلايا العصبية التي تحمل الإنغرام يمكن أن تتوهج بحيث تكون مرئية من خلال مجاهر خاصة.

اليوم ، يمكن لعلماء الأعصاب التلاعب بالذاكرة engrams عن طريق التنشيط المصطنع لشبكاتهم الأساسية وإدخال معلومات جديدة. تلقي هذه التقنيات الضوء أيضًا على كيفية عمل أنواع مختلفة من الذاكرة ومكان تسجيل كل منها في الدماغ.

تتعامل ذاكرة السيرة الذاتية العرضية مع ما حدث وأين ومتى. يعتمد على الحُصين ، وهو هيكل على شكل فرس البحر. الذكريات الإجرائية ، التي تدعمها العقد القاعدية ، دعونا نتذكر كيفية تنفيذ السلوكيات المعتادة مثل ركوب الدراجة. هذه المنطقة تعطل في أولئك الذين يعانون من الإدمان. إن قدرتنا على تذكر الحقائق ، مثل عواصم الدول ، بفضل الذاكرة الدلالية المخزنة في القشرة.

ما هي الأدوات التي تسمح لنا برؤية الذكريات؟

في نهاية القرن التاسع عشر ، أتاحت المجاهر المنضدية تحديد الخلايا العصبية الفردية ، مما مكّن العلماء من رسم تمثيلات مفصلة بشكل مذهل للدماغ. بحلول منتصف القرن العشرين ، يمكن أن تظهر المجاهر الإلكترونية القوية هياكل متشابكة بعرض عشرات النانومتر فقط (حوالي عرض جسيم الفيروس). في مطلع القرن الحادي والعشرين ، استخدم علماء الأعصاب مجاهر ثنائية الفوتون لمشاهدة تشكل المشابك العصبية في الوقت الحقيقي بينما تعلمت الفئران.



ai لخدمة العملاء

كما أن التطورات المذهلة في علم الوراثة جعلت من الممكن تبديل الجينات داخل وخارج الدماغ لربطها بوظيفة الذاكرة. استخدم العلماء الفيروسات لإدخال بروتين أخضر فلوري موجود في قنديل البحر في أدمغة الفئران ، مما يتسبب في إضاءة الخلايا العصبية أثناء التعلم. لقد استخدموا أيضًا بروتين طحالب يسمى تشانيل رودوبسين (ChR2) لتنشيط الخلايا العصبية بشكل مصطنع. يعتبر البروتين حساسًا للضوء الأزرق ، لذلك عند إدخاله في الخلايا العصبية ، يمكن تشغيل الخلايا العصبية وإيقافها باستخدام الليزر الأزرق - وهي تقنية تُعرف باسم علم البصريات الوراثي. باستخدام هذه التقنية ، التي ابتكرها باحثون في جامعة ستانفورد منذ ما يقرب من عقدين من الزمن ، يمكن لعلماء الأعصاب تنشيط خلايا الذاكرة بشكل مصطنع في حيوانات المختبر.

تتيح التقنيات الجديدة أيضًا إمكانية دراسة كيفية ترجمة النبضات العصبية للمعلومات الخارجية إلى عوالمنا الداخلية. لمشاهدة هذه العملية في الدماغ ، يستخدم علماء الأعصاب أقطابًا كهربائية صغيرة لتسجيل النبضات ، والتي تستمر لبضعة أجزاء من الألف من الثانية. الأدوات التحليلية مثل خوارزميات فك التشفير العصبي يمكن بعد ذلك التخلص من الضوضاء للكشف عن الأنماط التي تشير إلى وجود مركز ذاكرة في الدماغ. تسمح مجموعات البرامج مفتوحة المصدر لمزيد من مختبرات العلوم العصبية بإجراء مثل هذه الأبحاث.

ماذا تخبرنا هذه الأدوات عن كيفية تكوين الذكريات وتخزينها؟

كيف تصبح الخلايا العصبية جزءًا من ذاكرة engram ظل لغزًا حتى وقت قريب. عندما نظر علماء الأعصاب عن كثب ، فوجئوا برؤية أن الخلايا العصبية تتنافس مع بعضها البعض لتخزين الذكريات. من خلال إدخال الجينات في الدماغ لزيادة أو تقليل استثارة الخلايا العصبية ، تعلم الباحثون أن أكثر الخلايا العصبية إثارة في المنطقة ستصبح جزءًا من برنامج engram. ستعمل هذه الخلايا العصبية أيضًا على منع جيرانها بنشاط من أن يصبحوا جزءًا من برنامج engram آخر لفترة قصيرة من الزمن. من المحتمل أن تساعد هذه المنافسة في تكوين الذكريات وتوضح أن المكان المخصص للذكريات في الدماغ ليس عشوائيًا.

لماذا تشعر بالوحدة؟ بدأ علم الأعصاب في العثور على إجابات. يمكن أن يساعد بحث عالم الأعصاب عن الشعور بالوحدة على فهم تكاليف العزلة الاجتماعية بشكل أفضل.

في تجارب أخرى ، وجد الباحثون أن الشبكات العصبية تتمسك بالذكريات المنسية. تُصاب الفئران التي تُحقن بمزيج من مثبطات البروتين بفقدان الذاكرة ، ومن المحتمل أن تنسى المعلومات لأن نقاط الاشتباك العصبي لديها تتلاشى. لكن الباحثين اكتشفوا أن هذه الذكريات لم تضيع إلى الأبد - فالخلايا العصبية لا تزال تحتفظ بالمعلومات ، على الرغم من عدم وجود مشابك عصبية ، لا يمكن استرجاعها (على الأقل ليس بدون التحفيز البصري الوراثي). أظهرت الفئران المصابة بمرض الزهايمر فقدان ذاكرة مماثل.

اكتشاف آخر له علاقة بالكيفية التي يقوي بها الحلم ذاكرتنا. لطالما اعتقد علماء الأعصاب أنه مع تكرار تجارب اليوم في شكل نبضات عصبية أثناء النوم ، تنتقل تلك الذكريات ببطء من الحُصين وإلى القشرة بحيث يمكن للدماغ أن يستخرج المعلومات لإنشاء قواعد حول العالم. كانوا يعرفون أيضًا أن بعض القواعد تم تجميعها بواسطة القشرة المخية بسرعة أكبر ، لكن النماذج الحالية لم تستطع شرح كيفية حدوث ذلك. على الرغم من ذلك ، استخدم الباحثون مؤخرًا أدوات علم البصريات الوراثي في ​​الدراسات التي أجريت على الحيوانات لإثبات أن الحُصين يعمل أيضًا على إنشاء هذه الذكريات القشرية سريعة التكوين.

يساعد الحُصين على تكوين ذاكرة غير ناضجة بسرعة في القشرة الدماغية ، كما يقول تاكاشي كيتامورا ، وهو أستاذ مساعد في جامعة تكساس ساوثويسترن ميديكال سنتر. لا يزال الحصين يعلم القشرة ، لكن بدون أدوات علم البصريات الوراثي ربما لم نلاحظ إنغرامس غير الناضج.

هل يمكن التلاعب بالذكريات؟

الذكريات ليست مستقرة كما قد تشعر . بحكم طبيعتهم ، يجب أن يكونوا قابلين للتغيير ، أو أن التعلم سيكون مستحيلاً.

منذ ما يقرب من عقد من الزمان ، قام باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتغيير الفئران وراثيًا بحيث عندما كانت خلاياهم العصبية نشطة أثناء التعلم ، قام هذا النشاط بتشغيل جين ChR2 ، الذي تم ربطه ببروتين فلوري أخضر. من خلال رؤية الخلايا العصبية المتألقة ، يمكن لعلماء الأعصاب تحديد الخلايا التي تشارك في التعلم. ويمكنهم إعادة تنشيط ذكريات معينة عن طريق تسليط الضوء على جينات ChR2 المرتبطة بتلك الخلايا العصبية.

وراء الثقب الأسود

بهذه القدرة ، أدخل باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ذاكرة خاطئة في أدمغة الفئران. في البداية وضعوا الفئران في صندوق مثلثي ، ينشط جينات وخلايا ChR2 معينة. ثم وضعوا الفئران في صندوق مربع وصدموا أقدامهم بالصدمات بينما كانوا يسلطون الضوء على الخلايا العصبية ChR2 المرتبطة بالبيئة الأولى.

في النهاية ، ربطت الفئران ذاكرة الصندوق المثلث بالصدمات على الرغم من أنها صُدمت فقط أثناء وجودها في الصندوق المربع. كانت الحيوانات تخشى بيئة ، من الناحية الفنية ، لم يحدث فيها أي شيء 'سيء' ، كما يقول ستيف راميريز ، أحد المؤلفين المشاركين للدراسة وهو الآن أستاذ مساعد في علم الأعصاب بجامعة بوسطن.

ليس من المجدي استخدام مثل هذه التقنيات التي تتضمن كابلات الألياف الضوئية والليزر لإجراء تجارب على الدماغ البشري ، ولكن النتائج على أدمغة الفئران تشير إلى مدى سهولة التلاعب بالذكريات.

هل يمكننا رؤية الذكريات خارج الدماغ؟

يمكن إعادة بناء ذكريات الإنسان بصريًا باستخدام ماسحات الدماغ . في البحث الذي أجراه بريس كوهل ، الذي يعمل الآن أستاذًا مساعدًا في علم الأعصاب الإدراكي بجامعة أوريغون ، تم إعطاء الأشخاص صورًا لمشاهدتها ، وتم مسح أدمغتهم بجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي لقياس المناطق النشطة. ثم تم تدريب خوارزمية لتخمين ما كان الشخص يشاهده وإعادة بناء الصورة بناءً على هذا النشاط. أعادت الخوارزمية أيضًا بناء الصور من المشاركين الذين طُلب منهم الاحتفاظ بإحدى الصور التي شاهدوها في أذهانهم.

هناك مجال كبير للتحسين في هذه الصور المعاد بناؤها ، لكن هذا العمل أظهر أن خوارزميات التصوير العصبي وإعادة البناء يمكنها بالفعل إظهار محتوى الذكريات البشرية ليراه الآخرون.

أتاحت التكنولوجيا لعلماء الأعصاب النظر في الدماغ ورؤية الآثار الصغيرة المتوهجة للذاكرة. ومع ذلك ، فإن اكتشاف أن الخبرات والمعرفة يمكن غرسها أو تحويلها إلى الخارج قد أعطى الذاكرة أيضًا معنى مختلفًا. ماذا يعني هذا لشعورنا من نحن؟

يحاول البقاء عاقل

جوشوا سارينانا هو عالم أعصاب وكاتب ومصور فنون جميلة.

التقنيات الفعلية

فئة

غير مصنف

تكنولوجيا

التكنولوجيا الحيوية

سياسة التكنولوجيا

تغير المناخ

البشر والتكنولوجيا

وادي السيليكون

الحوسبة

مجلة Mit News

الذكاء الاصطناعي

الفراغ

المدن الذكية

بلوكشين

قصة مميزة

الملف الشخصي للخريجين

اتصال الخريجين

ميزة أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

1865

وجهة نظري

77 Mass Ave

قابل المؤلف

ملامح في الكرم

شوهد في الحرم الجامعي

خطابات الخريجين

أخبار

انتخابات 2020

فهرس With

تحت القبه

خرطوم الحريق

قصص لانهائية

مشروع تكنولوجيا الوباء

من الرئيس

غلاف القصه

معرض الصور

موصى به